DE102013107484A1 - Method for joining a lightweight sheet and a solid sheet - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verlöten eines Leichtbleches, das zwei Blechschichten mit einer zwischen denselben angeordneten Kunststoffschicht aufweist, mit einem Vollblech, wobei mittels eines Energiestrahls ein Energieeintrag an einer Lötstelle durchgeführt wird und eine leichtblechseitige Position der Lötstelle mittels eines Lotmaterials stoffschlüssig mit einer vollblechseitigen Position der Lötstelle verbunden wird, und wobei der Energieeintrag derart räumlich variiert wird, dass an der leichtblechseitigen Position der Lötstelle ein geringerer Energieeintrag erfolgt als an der vollblechseitigen Position der Lötstelle.The invention relates to a method for soldering a lightweight sheet, which has two sheet metal layers with a plastic layer arranged between them, with a solid sheet, with an energy beam being used to introduce energy at a soldering point and a position of the soldering point on the lightweight sheet side by means of a solder material cohesively with a position on the full sheet metal side the soldering point is connected, and wherein the energy input is varied spatially in such a way that a lower energy input takes place at the position of the soldering point on the lightweight sheet metal side than at the position of the soldering point on the full sheet metal side.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Fügen zweier Werkstücke, insbesondere ein Verfahren zum stoffschlüssigen Verbinden eines sogenannten Leichtblechs mit einem Vollblech. The invention relates to a method for joining two workpieces, in particular a method for integrally joining a so-called lightweight sheet with a solid sheet.

In vielen Bereichen der Industrie, z.B. im Fahrzeugbau, werden großflächige Bleche verbaut, was mit einem entsprechend hohen Gewicht einhergeht. Anstelle von Blechen, die vollständig aus Metall bestehen (auch als „Vollblech“ oder „Normalblech“ bezeichnet), können sogenannte Leichtbleche eingesetzt werden. In many areas of industry, e.g. in vehicle construction, large-scale sheets are installed, which is associated with a correspondingly high weight. Instead of sheets that are made entirely of metal (also referred to as "solid sheet" or "normal sheet"), so-called lightweight sheets can be used.

Ein solches Leichtblech besteht aus einer Schichtanordnung mit einer ersten Blechschicht, einer zweiten Blechschicht, und einer zwischen der ersten und der zweiten Blechschicht angeordneten Kern- bzw. Zwischenschicht. Die Zwischenschicht weist eine Kunststoffschicht auf oder besteht aus einer Kunststoffschicht, wobei die Kunststoffschicht z.B. eine PU-Schicht sein kann (wobei PU für Polyurethan steht). Solche Leichtbleche (auch als Sandwichbleche bezeichnet) bestehen somit aus zwei Deckblechen und einer zwischen denselben angeordneten Kernschicht mit bzw. aus einer Kunststoffschicht. Indem das Leichtblech nicht vollständig aus Metall besteht, sondern eine Kunststoff-Zwischenschicht aufweist, kann es mit einem geringeren Gewicht als ein entsprechendes Vollblech gleicher Abmessungen ausgebildet sein. Such a lightweight sheet consists of a layer arrangement with a first sheet-metal layer, a second sheet-metal layer, and a core or intermediate layer arranged between the first and the second sheet-metal layer. The intermediate layer comprises a plastic layer or consists of a plastic layer, the plastic layer e.g. may be a PU layer (where PU stands for polyurethane). Such lightweight sheets (also referred to as sandwich sheets) thus consist of two cover sheets and a core layer arranged therebetween with or out of a plastic layer. By the lightweight sheet is not completely made of metal, but has a plastic intermediate layer, it may be formed with a lower weight than a corresponding solid sheet of the same dimensions.

Die erste und die zweite Blechschicht des Leichtblechs können z.B. aus einem verzinkten Blech mit einer Dicke von typischerweise 0,25 mm bis 0,3 mm ausgeführt sein. Typischerweise sind beim thermischen Fügen an der Leichtblechseite Höchsttemperaturen von ca. 230 °C kurzfristig möglich, wobei Temperaturen oberhalb der Höchsttemperatur zur Schädigung des Leichtblechs, insbesondere der Verbindung zwischen Blechschicht und Kunststoffschicht, führen. The first and second sheet layers of the lightweight sheet may e.g. be made of a galvanized sheet with a thickness of typically 0.25 mm to 0.3 mm. Typically, in the case of thermal joining to the lightweight sheet side, maximum temperatures of approximately 230 ° C. are possible in the short term, with temperatures above the maximum temperature leading to damage to the lightweight sheet, in particular the connection between sheet metal layer and plastic layer.

Beim thermischen Fügen (z.B. mittels Lötens oder Schweißens) eines Leichtblechs mit einem Vollblech besteht die Gefahr der Beschädigung des Leichtblechs (z.B. durch Beschädigung einer äußeren Blechschicht oder der Verbindung zwischen Blechschicht und Kunststoffschicht oder der Zwischenschicht selbst) infolge der beim thermischen Fügen vorliegenden hohen Temperaturen. Zum Beispiel kann die an einer Lötstelle vorliegende Temperatur für ein Vollblech vollkommen unschädlich sein, an dem Leichtblech jedoch bereits eine Schädigung hervorrufen. So kann beim Löten unter Umständen bereits eine Erwärmung des Leichtblechs auf die zum Schmelzen des Lotes erforderliche Temperatur zu einer Schädigung des Leichtblechs (z.B. zur Schädigung der Zwischenschicht des Leichtblechs) führen, insbesondere da aufgrund der geringen Dicke der äußeren Blechschichten des Leichtblechs nur eine schlechte Wärmeabfuhr von der Fügestelle erfolgt. Thermal joining (e.g., by brazing or welding) of a lightweight sheet to a solid sheet is likely to damage the lightweight sheet (e.g., by damaging an outer sheet metal layer or the bond between sheet metal layer and plastic layer or intermediate layer itself) due to the high temperatures encountered during thermal joining. For example, the temperature present at a solder joint for a solid sheet can be completely harmless, but already cause damage to the lightweight sheet. Thus, during soldering, heating of the lightweight sheet to the temperature required for melting the solder may already lead to damage to the lightweight sheet (eg to damage the intermediate layer of the lightweight sheet), in particular because of the small thickness of the outer sheet metal layers of the lightweight sheet only poor heat dissipation done from the joint.

Alternativ zum thermischen Fügen kann ein stoffschlüssiges Verbinden eines Leichtblechs mit einem Vollblech mittels Klebens erfolgen. Jedoch ist dies in der Regel mit prozesstechnischen Schwierigkeiten verbunden (lange Aushärtezeiten, präziser Kleberauftrag, zusätzliches Gewicht, Verschieben der Bauteile beim Handling). Als ein anderes Beispiel beschreibt die DE 10 2004 016 854 A1 , Dünnbleche und Sandwichbleche mittels Klammerns mit Metallklammern miteinander zu verbinden. As an alternative to thermal joining, a material-locking connection of a lightweight sheet to a solid sheet can take place by gluing. However, this is usually associated with process engineering difficulties (long curing times, precise application of adhesive, additional weight, moving components during handling). As another example, the DE 10 2004 016 854 A1 To connect thin sheets and sandwich panels to each other by means of clamps with metal clamps.

Durch die Erfindung wird ein Fügeverfahren bereitgestellt, mittels dessen ein zuverlässiges und zerstörungsfreies Verbinden eines Leichtmetallblechs mit einem Vollblech auf einer vollautomatisierten Linie mit sehr kurzen Taktzeiten ermöglicht ist. The invention provides a joining method by means of which a reliable and non-destructive joining of a light metal sheet to a solid sheet on a fully automated line with very short cycle times is made possible.

Gemäß der Erfindung werden zunächst zwei Fügepartner bereitgestellt, wobei der erste Fügepartner (bzw. das erste Werkstück) ein Leichtblech ist und der zweite Fügepartner (bzw. das zweite Werkstück) ein Vollblech ist. Das Leichtblech und das Vollblech werden mittels Strahllötens miteinander verbunden; d.h. der zum Aufheizen der Lötstelle erforderliche Energieeintrag erfolgt mittels eines energiereichen Strahls bzw. Energiestrahls (im Folgenden auch als „Aufheiz-Strahl“ bezeichnet), wobei die energiereichen Strahlen z.B. in Form von elektromagnetischen Strahlen (z.B. Laserstrahl, Infrarotstrahlung), Teilchenstrahlen (z.B. Elektronenstrahl) oder gerichtetem Schall (z.B. Ultraschall) vorliegen können. Das Leichtblech und das Vollblech werden an einer Lötstelle miteinander verlötet, wobei eine Position des Leichtblechs mittels eines Lotmaterials stoffschlüssig mit einer Position des Vollblechs verbunden wird. Die Lötstelle weist somit eine leichtblechseitige Position und eine vollblechseitige Position auf. Unter der leichtblechseitigen Position der Lötstelle wird vorliegend der Bereich der Lötstelle verstanden, in dem (nach Aufbringen des Lotmaterials) das Lotmaterial das Leichtblech kontaktiert; analog wird unter der vollblechseitigen Position der Lötstelle derjenige Bereich der Lötstelle verstanden, in dem (nach Aufbringen des Lotmaterials) das Lotmaterial das Vollblech kontaktiert. Der zum Aufheizen der Lötstelle erforderliche Energieeintrag erfolgt mittels eines energiereichen Strahls, wobei mittels des Strahls ein Energieeintrag sowohl an der leichtblechseitigen Position als auch an der vollblechseitigen Position der Lötstelle erfolgt. According to the invention, two join partners are initially provided, the first joining partner (or the first workpiece) being a lightweight sheet and the second joining partner (or the second workpiece) being a solid sheet. The lightweight sheet and the solid sheet are joined together by means of jet soldering; i.e. the energy input required to heat the solder joint is effected by means of a high-energy beam or energy beam (hereinafter also referred to as "heating-up beam"), the high-energy rays being e.g. in the form of electromagnetic radiation (e.g., laser beam, infrared radiation), particle beams (e.g., electron beam), or directed sound (e.g., ultrasound). The lightweight sheet and the solid sheet are soldered together at a solder joint, wherein a position of the lightweight sheet is connected by means of a solder material cohesively with a position of the solid sheet. The solder joint thus has a light sheet side position and a full sheet side position. In the present case, the area of the soldering point is understood as the area of the soldering-side position in which (after application of the soldering material) the soldering material makes contact with the light-weighted sheet; Analogously, the full-plate-side position of the soldering point is understood to mean that region of the soldering location in which (after application of the soldering material) the soldering material makes contact with the solid sheet. The energy input required to heat the soldering occurs by means of a high-energy beam, wherein by means of the beam, an energy input takes place both at the light sheet-side position and at the full-sheet-side position of the solder joint.

Gemäß der Erfindung wird der mittels des Aufheiz-Strahls erfolgende Energieeintrag derart räumlich variiert, dass an dem Leichtblech bzw. an der leichtblechseitigen Position der Lötstelle ein geringerer Energieeintrag erfolgt als an dem Vollblech bzw. an der vollblechseitigen Position der Lötstelle, wobei an der leichtblechseitigen Position z.B. ein gezielter, minimal notwendiger Energieeintrag erfolgt. Indem an der Leichtblechseite ein geringerer Energieeintrag erfolgt als an der Vollblechseite, kann eine Schädigung des Leichtblechs verhindert werden. According to the invention, the energy input taking place by means of the heating beam is spatially varied in such a way that a lesser energy input takes place on the lightweight sheet or on the light-sheet-side position of the solder joint than on the solid sheet or at the full-plate-side position of the solder joint, wherein at the light sheet-side position, for example, a targeted, minimally necessary energy input takes place. By a lower energy input on the light sheet side than on the solid sheet side, damage to the lightweight sheet can be prevented.

Die räumliche Variation des durch den Aufheiz-Strahl erfolgenden Energieeintrags kann z.B. realisiert werden, indem ein Energiestrahl (z.B. ein Laserstrahl) mit einer entlang seines Strahlquerschnitts räumlich variierenden (und zeitlich konstanten) Intensitätsverteilung als Aufheiz-Strahl verwendet wird, wobei der Energiestrahl z.B. in einem auf das Leichtblech gerichteten Strahlabschnitt eine geringere Intensität und/oder Leistung aufweist als in einem auf das Vollblech gerichteten Strahlabschnitt (wobei die Leistung eines Strahlabschnitts der über diesen Strahlabschnitt bzw. dessen Querschnitt integrierten Intensität entspricht). Demgemäß wird die räumliche Variation des Energieeintrags durch räumliche Variation der auf die Fügestelle auftreffenden Lichtintensität bei gleicher Verweildauer erzielt. The spatial variation of the energy input by the heating beam may be e.g. can be realized by using an energy beam (e.g., a laser beam) having a spatially varying (and temporally constant) intensity distribution along its beam cross-section as the heating beam, the energy beam e.g. has a lower intensity and / or power in a beam section directed towards the lightweight sheet metal than in a beam section directed onto the solid sheet (the power of a beam section corresponds to the intensity integrated over this beam section or its cross section). Accordingly, the spatial variation of the energy input is achieved by spatial variation of the incident on the joint light intensity at the same residence time.

Insbesondere kann der Strahl einen ersten Abschnitt bzw. Teilstrahl mit einer ersten Intensität/Leistung und einen zweiten Abschnitt bzw. Teilstrahl mit einer zweiten Intensität/Leistung aufweisen, wobei die erste Intensität/Leistung geringer ist als die zweite Intensität/Leistung, und wobei der Strahl derart geformt und geführt wird, dass er mit seinem ersten Abschnitt bzw. Teilstrahl auf die Leichtblechseite und mit seinem zweiten Abschnitt bzw. Teilstrahl auf die Vollblechseite der Lötstelle trifft. Dabei kann der Energiestrahl bevorzugt derart ausgebildet sein, dass er bzw. sein Querschnitt eine nicht rotationssymmetrische räumliche Intensitätsverteilung derart aufweist, dass sein auf dem Leichtblech auftreffender Abschnitt eine geringere Intensität/Leistung aufweist als sein auf dem Vollblech auftreffender Abschnitt. In particular, the beam may include a first portion / sub-beam having a first intensity / power and a second portion / sub-beam having a second intensity / power, wherein the first intensity / power is less than the second intensity / power, and wherein the beam is shaped and guided so that it meets with its first portion or part of the beam on the light metal sheet side and with its second portion or partial beam on the solid sheet side of the solder joint. In this case, the energy beam can preferably be designed such that it or its cross section has a non-rotationally symmetric spatial intensity distribution such that its impact on the lightweight sheet section has a lower intensity / performance than its impact on the solid sheet section.

Es kann insbesondere vorgesehen sein, den Energiestrahl mit zwei Teilstrahlen derart auszubilden, dass der auf den leichtblechseitigen Lötstellenbereich auftreffende erste Teilstrahl ein erstes Intensitätsmaximum und der auf den vollblechseitigen Lötstellenbereich auftreffende zweite Teilstrahl ein zweites Intensitätsmaximum aufweist (wobei die beiden Maxima zueinander beabstandet sind und lokale Intensitätsmaxima des Gesamtstrahls bilden), wobei die Leistung und das Intensitätsmaximum des ersten Teilstrahls geringer sind als die Leistung bzw. das Intensitätsmaximum des zweiten Teilstrahls. Ein Laserstrahl mit einer solchen Intensitätsverteilung kann z.B. mittels einer Bifokaloptik (z.B. einer Bifokaloptik mit strahlformenden und strahlteilenden festen Elementen) erzeugt werden. Zum Beispiel kann der Strahl aus zwei in einem Abstand zueinander parallel verlaufenden Teilstrahlen mit jeweils rotationssymmetrischem (z.B. gaussförmigem) Intensitätsprofil bestehen, wobei der (auf das Leichtblech gerichtete) erste Teilstrahl eine geringere Intensität und Leistung aufweist als der (auf das Vollblech gerichtete) zweite Teilstrahl. It may in particular be provided to form the energy beam with two partial beams such that the first partial beam impinging on the light-plate-side soldering area has a first intensity maximum and the second partial beam impinging on the full-plate-side soldering area has a second intensity maximum (the two maxima being spaced apart from one another and local intensity maxima form the total beam), wherein the power and the intensity maximum of the first partial beam are less than the power or the intensity maximum of the second partial beam. A laser beam having such an intensity distribution may be e.g. by means of a bifocal optic (e.g., a bifocal optic with beam-shaping and beam-splitting solid elements). For example, the beam of two spaced parallel to each other extending partial beams each with rotationally symmetrical (eg gaussförmigem) intensity profile, the (light strip directed) first partial beam has a lower intensity and power than the (directed to the solid sheet) second partial beam ,

Als ein anderes Beispiel kann vorgesehen sein, den Energiestrahl derart auszubilden und zu führen, dass er bzw. sein Strahlquerschnitt an der Lötstelle eine in Richtung von dem Vollblech zu dem Leichtblech monoton (z.B. streng monoton) abnehmende Intensität aufweist, sodass die in dem (auf den leichtblechseitigen Lötstellenbereich aufreffenden) ersten Strahlabschnitt vorliegende Intensität stets geringer ist als die in dem (auf den vollblechseitigen Lötstellenbereich auftreffenden) zweiten Strahlabschnitt vorliegende Intensität. As another example, it may be provided to form and guide the energy beam in such a way that it or its beam cross-section at the soldering point has a decreasing intensity in the direction from the solid sheet to the lightweight sheet monotonically (eg strictly monotonic), so that the (in the light-beam-side solder joint area) is always less intense than the intensity present in the second beam section (impinging on the sheet-metal-side solder joint area).

Bei der Verwendung eines Laserstrahls als Aufheiz-Strahl kann eine räumliche Variation der Intensität entlang des Strahlquerschnitts z.B. mittels der Verwendung von passiven bzw. unbewegbaren optischen Komponenten (z.B. diffraktiven optischen Elementen) realisiert werden, die zur Formung des räumlichen Intensitätsprofils des Laserstrahls ausgebildet sind. When using a laser beam as a heating beam, a spatial variation of the intensity along the beam cross-section, e.g. can be realized by the use of passive or immovable optical components (e.g., diffractive optical elements) designed to shape the spatial intensity profile of the laser beam.

Alternativ kann die räumliche Variation des durch den Aufheiz-Strahl erfolgenden Energieeintrags realisiert werden, indem ein (einziger) Strahl mit einer vorgegebenen (z.B. zeitlich konstanten) Intensität und Intensitätsverteilung derart bewegt geführt wird, dass die (kumulierte) Verweildauer des Strahls auf der Leichtblechseite geringer ist als die (kumulierte) Verweildauer des Strahls auf der Vollblechseite. Es kann z.B. vorgesehen sein, den energiereichen Strahl bzw. die Auftreffposition des Energiestrahls auf der Fügestelle zwischen der Leichtblechseite und der Vollblechseite der Lötstelle derart (oszillierend) hin- und herzupendeln, dass die kumulierte Verweildauer des Strahls (und somit der kumulierte Energieeintrag) auf der Leichtblechseite geringer ist als die kumulierte Verweildauer des Strahls (und somit der kumulierte Energieeintrag) auf der Vollblechseite. Alternatively, the spatial variation of the energy input produced by the heating beam can be realized by guiding a (single) beam with a predetermined (eg temporally constant) intensity and intensity distribution in such a way that the (accumulated) dwell time of the beam on the lightweight sheet side is lower is the (cumulative) residence time of the beam on the solid sheet side. It can e.g. be provided, the high-energy beam or the impact of the energy beam on the joint between the lightweight sheet side and the solid sheet side of the soldering (oscillating) back and herzupendeln that the cumulative residence time of the beam (and thus the cumulative energy input) is lower on the light metal sheet side as the accumulated residence time of the beam (and thus the accumulated energy input) on the solid sheet side.

Bei der Verwendung eines Laserstrahls als Aufheiz-Strahl kann eine derartige räumliche Variation des Energieeintrags z.B. unter Verwendung aktiver bzw. bewegbarer optischer Komponenten mittels Oszillation eines (fokussierten) Laserstrahls an der Fügestelle realisiert werden. Der Laserstrahl kann z.B. mittels einer dafür vorgesehenen Strahlablenkeinrichtung (z.B. mittels eines galvanometrisch oder piezoelektrisch angetriebenen Scannerspiegels) ausgelenkt bzw. bewegt werden. When using a laser beam as a heating beam, such a spatial variation of the energy input, e.g. be realized by using active or movable optical components by means of oscillation of a (focused) laser beam at the joint. The laser beam may e.g. be deflected by means of a dedicated beam deflector (e.g., by means of a galvanometrically or piezoelectrically driven scanner mirror).

Alternativ oder zusätzlich dazu kann die räumliche Variation des Energieeintrags erfolgen (oder unterstützt werden), indem der Energiestrahl bzw. die Auftreffposition des Energiestrahls auf der Fügestelle oszillierend zwischen der leichtblechseitigen und der vollblechseitigen Position der Lötstelle hin und her bewegt wird und der Energiestrahl mit einer zu der Oszillation der Energiestrahl-Auftreffposition synchronen Leistungsmodulation ausgebildet wird; wobei die Leistung bzw. Intensität des Energiestrahls derart zeitlich variiert wird, dass bei Positionierung der Energiestrahl-Auftreffposition an der leichtblechseitigen Position der Lötstelle der Energiestrahl eine niedrigere Leistung bzw. Intensität aufweist als bei Positionierung der Energiestrahl-Auftreffposition an der vollblechseitigen Position der Lötstelle. Insbesondere kann vorgesehen sein, eine derartige Leistungsmodulation unterstützend zusätzlich zu der oben erläuterten Verweildauer-Modulation anzuwenden, wobei an der leichtblechseitigen Position der Lötstelle sowohl eine geringere Verweildauer als auch eine geringere Strahlleistung/Strahlintensität vorliegen als an der vollblechseitigen Position der Lötstelle. Alternatively or additionally, the spatial variation of the energy input can be (or be supported) by oscillating the energy beam or the impact position of the energy beam on the joint between the energy beam the sheet metal side position of the solder joint is moved back and forth and the energy beam is formed with a synchronous to the oscillation of the energy beam impact position power modulation; wherein the power of the energy beam is varied in time such that when the energy beam landing position is positioned at the lathing location of the solder joint, the energy beam has a lower power than when the energy beam landing position is positioned at the full-plate-side position of the solder joint. In particular, it may be provided to use such a power modulation supportive in addition to the above-described residence time modulation, wherein at the light sheet side position of the solder joint both a shorter residence time and a lower beam power / intensity are present as at the full plate side position of the solder joint.

Vorliegend bezeichnet die Intensität die Strahlenergie pro Zeit und pro Fläche. Für einen vorgegebenen Strahl mit zeitlich konstanter Intensität und vorgegebenem Strahlquerschnitt steigt somit der Energieeintrag proportional mit der Verweildauer. Die Leistung bezeichnet den Energieeintrag pro Zeit, wobei die Leistung eines Strahlabschnitts der über die Querschnittsfläche dieses Strahlabschnitts integrierten Intensität entspricht. In the present case, the intensity denotes the beam energy per time and per area. For a given beam with temporally constant intensity and given beam cross-section thus the energy input increases proportionally with the residence time. The power refers to the energy input per time, wherein the power of a beam section corresponds to the intensity integrated over the cross-sectional area of this beam section.

Mittels des Verfahrens können separate bzw. isoliert vorliegende Lötstellen hergestellt werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, durch kontinuierlichen Vorschub der Lötstellenposition entlang eines vorgesehenen Lötnahtverlaufs eine durchgängige Lötnaht herzustellen. Der mittels des Energiestrahls erfolgende Energieeintrag geht mit einem Wärmeeintrag einher und führt somit zu einer Erwärmung bzw. Temperaturerhöhung des bestrahlten Bereichs, d.h. der Lötstelle. By means of the method separate or isolated solder joints can be produced. However, it can also be provided to produce a continuous solder seam by continuously advancing the solder joint position along an intended solder seam course. The energy input made by the energy beam is accompanied by a heat input and thus leads to a heating or temperature increase of the irradiated area, i. the solder joint.

Der mittels des Aufheiz-Strahls erfolgende Energieeintrag wird derart räumlich variiert, dass an dem Leichtblech ein geringerer Energieeintrag erfolgt als an dem Vollblech. Insbesondere kann vorgesehen sein, den Energieeintrag derart räumlich zu variieren, dass die infolge des Energieeintrags an der Leichtblechseite resultierende Temperatur geringer ist als die infolge des Energieeintrags an der Vollblechseite resultierende Temperatur. Zum Beispiel kann vorgesehen sein, den Energieeintrag derart räumlich zu variieren, dass die an der Leichtblechseite resultierende Temperatur eine vorgegebene Maximaltemperatur (z.B. die Schmelztemperatur eines Materials der Zwischenschicht des Leichtblechs) nicht übersteigt und z.B. kleiner ist als die Schmelztemperatur der Kunststoffschicht des Leichtblechs. The energy input taking place by means of the heating-up beam is spatially varied in such a way that a lesser energy input takes place on the lightweight sheet than on the solid sheet. In particular, it may be provided to vary the energy input spatially in such a way that the temperature resulting from the energy input at the lightweight sheet side is lower than the temperature resulting from the energy input at the solid sheet side. For example, it may be provided to spatially vary the energy input such that the temperature resulting on the light-gauge side does not exceed a predetermined maximum temperature (e.g., the melting temperature of a material of the intermediate layer of the lightweight sheet) and e.g. smaller than the melting temperature of the plastic layer of the lightweight sheet.

Alternativ oder zusätzlich dazu kann vorgesehen sein, den mittels des Aufheiz-Strahls erfolgenden Energieeintrag derart räumlich zu variieren, dass die an der Leichtblechseite resultierende Temperatur unterhalb der Schmelztemperatur des Lotmaterials liegt (oder maximal der Schmelztemperatur des Lotmaterials entspricht) und die an der Vollblechseite resultierende Temperatur mindestens der Schmelztemperatur des Lotmaterials entspricht oder darüber liegt. Demgemäß kann z.B. der zum Aufschmelzen des Lotmaterials erforderliche Wärmeeintrag von der Vollblechseite her erfolgen oder bereits geschmolzenes Lotmaterial auf eine derart vortemperierte Lötstelle aufgebracht werden. Alternatively or additionally, it may be provided to spatially vary the energy input resulting from the heating beam such that the temperature resulting at the light-metal sheet side is below the melting temperature of the solder material (or at most corresponds to the melting temperature of the solder material) and the temperature resulting at the solid sheet side at least the melting temperature of the solder material is equal to or above. Accordingly, e.g. the heat input required for melting the solder material takes place from the solid sheet side, or already molten solder material is applied to a solder joint in such a preheated manner.

Der Energieeintrag an der Lötstelle mittels des Aufheiz-Strahls kann vor und/oder während des Aufbringens des Lotmaterials erfolgen. Das Lotmaterial kann in geschmolzenem Zustand auf die mittels des Aufheiz-Strahls aufgeheizten Blechbereiche aufgebracht werden. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, das Lotmaterial in festem Zustand in Kontakt mit den mittels des Aufheiz-Strahls aufgeheizten Blechbereichen zu bringen, wobei das Lotmaterial erst mittels des durch den Aufheiz-Strahl erfolgenden Energieeintrags geschmolzen wird. Hierbei kann das Lotmaterial über eine Widerstandserwärmung (technisch als Heißdrahtapplikation bezeichnet) vortemperiert werden. Dieses kann so eingestellt werden, dass der Übergang des Lotmaterials von der festen zur schmelzflüssigen Phase nur einen minimalen Energieeintrag benötigt. The energy input at the solder joint by means of the heating beam can be done before and / or during the application of the solder material. The solder material can be applied in the molten state to the heated by means of the heating beam sheet metal areas. However, it can also be provided to bring the solder material in the solid state in contact with the heated by means of the heating beam sheet metal areas, wherein the solder material is first melted by means of the energy input by the heating beam. Here, the solder material over a resistance heating (technically referred to as hot wire application) are pre-tempered. This can be adjusted so that the transition of the solder material from the solid to the molten phase requires only minimal energy input.

Gemäß einer Ausführungsform wird eine Lötverbindung erzeugt, indem zunächst das Leichtblech und das Vollblech mittels eines wie oben erläutert räumlich variierten Energieeintrags vorgeheizt werden und nachfolgend (z.B. geschmolzenes) Lotmaterial auf die derart vorgeheizte Lötstelle aufgebracht wird. Demgemäß wird die Lötstelle vor Aufbringen des Lotmaterials mittels des Energieeintrags mit dem Energiestrahl vortemperiert und danach Lotmaterial (bevorzugt geschmolzenes Lotmaterial) auf die derart vortemperierte Lötstelle aufgebracht. According to one embodiment, a solder joint is produced by first preheating the lightweight sheet and the solid sheet by means of a spatially varied energy input as discussed above and subsequently applying (e.g., molten) solder material to the solder joint preheated in this manner. Accordingly, the solder joint is pre-tempered prior to application of the solder material by means of the energy input with the energy beam and then applied solder material (preferably molten solder material) on the thus preheated solder joint.

Es kann also vorgesehen sein, das Lotmaterial in schmelzflüssiger Form auf die Lötstelle aufzubringen, wobei das Lotmaterial im geschmolzenen Zustand an der Lötstelle auf das Leichtblech und/oder das Vollblech aufgetragen wird. Insbesondere kann vorgesehen sein, das Lotmaterial tropfenförmig aufzubringen, wobei das Lotmaterial z.B. im schmelzflüssigen Zustand in einem aus einzelnen Tropfen bestehenden Materialstrom auf die Lötstelle aufgebracht wird. It can therefore be provided to apply the solder material in molten form on the solder joint, wherein the solder material is applied in the molten state at the solder joint on the lightweight sheet and / or the solid sheet. In particular, it may be provided to apply the solder material drop-shaped, wherein the solder material, e.g. is applied to the solder joint in the molten state in a material stream consisting of individual drops.

Zum Beispiel kann vorgesehen sein, eine Lötnaht zwischen dem Leichtblech und dem Vollblech zu erzeugen, indem das Leichtblech und das Vollblech zunächst entlang des vorgesehenen Lötnahtverlaufs mittels eines wie oben erläutert räumlich variierten Energieeintrags vorgeheizt werden und dem derart vorgeheizten Lötnahtverlauf ein Lotdraht nachgeführt wird, wobei mittels eines zum Abschmelzen von Lotmaterial von dem Lotdraht vorgesehenen Lasers bzw. Laserstrahls oder anderweitigen energiereichen Strahls (im Folgenden auch „als Abschmelz-Strahl“ bezeichnet) Lotmaterial von dem Lotdraht abgeschmolzen wird und das abgeschmolzene Lotmaterial auf den mittels des Aufheiz-Strahls vorgeheizten Lötnahtverlauf aufgebracht wird. Das Abschmelzen des Lotmaterials kann z.B. mittels eines gepulsten Lasers erfolgen, wobei das Lotmaterial sozusagen stückweise mittels des gepulsten Lasers abgeschmolzen wird. Hierbei kann durch eine Widerstandserwärmung des Lotwerkstoffs der zum Abschmelzen benötigte Energieeintrag minimiert werden. For example, it may be provided to produce a solder seam between the light metal sheet and the solid sheet by the lightweight sheet and the solid sheet initially along the provided Lötnahtverlaufs be preheated by means of a spatially varied as described above energy input and the solder seam is preheated so a solder wire is tracked, said means of melting of solder material provided by the solder wire laser or laser beam or other high-energy beam (hereinafter also "as Abschmelz beam" Solder material is melted off the solder wire and the molten solder material is applied to the preheated by means of the heating-beam Lötnahtverlauf. The melting of the solder material can be done for example by means of a pulsed laser, wherein the solder material is melted, so to speak piecemeal by means of the pulsed laser. In this case, the energy input required for melting can be minimized by resistance heating of the solder material.

Der Abschmelz-Strahl kann durch räumliche Variation sowohl zum Abschmelzen des Lotwerkstoffs genutzt werden als auch zur Nachbehandlung (d.h. Erwärmen mittels Energieeintrags durch den Energiestrahl) der erzeugten Lötnaht in der noch schmelzflüssigen Phase vor der Erstarrungsfront. Es entsteht dadurch eine ausgezeichnete Nahtqualität. Ebenfalls vorteilhaft ist die Abdeckung des Schmelzbadbereiches mit einem geeigneten Schutzgas. The ablation jet may be exploited by spatial variation both for melting the solder material and for post-treatment (i.e., heating by energy input through the energy beam) of the produced solder seam in the still molten phase prior to the solidification front. This results in an excellent seam quality. Also advantageous is the coverage of the melt pool area with a suitable inert gas.

Gemäß einer Ausführungsform kann vorgesehen sein, das Leichtblech und/oder das Vollblech vor dem Verlöten an der Position der vorgesehenen Lötstelle mit einer Strukturierung bzw. Mikrostrukturierung (d.h. mit einer Strukturierung aus Strukturelementen mit Abmessungen im Bereich von unter 1000 µm) zu versehen. Eine solche Mikrostrukturierung kann z.B. erzeugt werden, indem ein gepulster Laserstrahl oder anderweitiger energiereicher Strahl (im Folgenden auch als „Strukturierungs-Strahl“ bezeichnet) über das Leichtblech bzw. das Vollblech geführt wird, wobei mittels eines jeden Strahlpulses ein lokales Aufschmelzen der Blechoberfläche unter Ausbildung eines Schmelzkraters erfolgt, sodass die Mikrostrukturierung von den Schmelzkratern gebildet wird. Demgemäß werden vor dem Aufbringen des Lotmaterials das Leichtblech und/oder das Vollblech an der Lötstelle mittels lokalen Aufschmelzens mit einer Oberflächenstrukturierung derart versehen, dass die Oberflächenrauigkeit des Leichtblechs und des Vollblechs im Bereich der Lötstelle erhöht wird (wodurch die Anbindungs- bzw. Kontaktierungsfläche zwischen dem Lotmaterial und dem jeweiligen Blech vergrößert wird). According to one embodiment, provision may be made for patterning or microstructuring the lightweight sheet and / or the solid sheet before soldering at the position of the intended solder joint (that is to say structuring it out of structural elements having dimensions in the range of less than 1000 μm). Such microstructuring may e.g. be generated by a pulsed laser beam or other high-energy beam (hereinafter also referred to as "structuring beam") is guided over the light metal sheet or the solid sheet, wherein by means of each jet pulse, a local melting of the sheet surface is carried out to form a Schmelzkraters, so the microstructuring of the Schmelzkratern is formed. Accordingly, before the application of the solder material, the lightweight sheet and / or the solid sheet are provided at the solder joint by means of local melting with a surface structuring such that the surface roughness of the lightweight sheet and the solid sheet in the region of the solder joint is increased (whereby the connection or contacting surface between the Lotmaterial and the respective sheet is increased).

Indem das Leichtblech und/oder das Vollblech an der Lötstellenposition mit der Mikrostrukturierung versehen werden, kann die Oberflächenspannung bzw. Grenzflächenspannung des geschmolzenen Lotmaterials an den Blechen gesenkt werden, sodass die Lötverbindung mit einem geringen Kontaktwinkel zwischen dem jeweiligen Blech und dem Lotmaterial ausgeführt werden kann und die Lötnaht entsprechend flach gehalten werden kann. Dadurch kann z.B. ein Nachbearbeiten der Lötstellen entfallen oder der Aufwand hierfür minimiert werden. By providing the lightweight sheet and / or the solid sheet with the microstructure at the soldering position, the surface tension of the molten solder material on the sheets can be lowered, so that the solder joint can be made with a small contact angle between the respective sheet and the solder material, and the soldering seam can be kept flat accordingly. Thereby, e.g. a reworking of the solder joints omitted or the effort for this can be minimized.

Der Aufheiz-Strahl, der Abschmelz-Strahl und der Strukturierungs-Strahl können jeweils unterschiedliche energiereiche Strahlen sein, z.B. mittels separater Strahlerzeugungsvorrichtungen (z.B. Laser) erzeugte Strahlen. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass mindestens zwei oder alle dieser Strahlen durch ein und denselben Strahl gegeben sind, wobei dieser Strahl zeitlich nacheinander die Funktionen des Aufheiz-Strahls, des Abschmelz-Strahls und/oder des Strukturierungs-Strahls übernimmt und somit z.B. in einem ersten Zeitabschnitt bzw. Verfahrens-Teilschritt als Aufheiz-Strahl fungiert, in einem zweiten Zeitabschnitt bzw. Verfahrens-Teilschritt als Abschmelz-Strahl fungiert und/oder in einem dritten Zeitabschnitt bzw. Verfahrens-Teilschritt als Strukturierungs-Strahl fungiert. The heating beam, the melting-off beam and the patterning beam may each be different high-energy beams, e.g. Rays generated by separate beam generators (e.g., lasers). However, it can also be provided that at least two or all of these beams are given by one and the same beam, this beam successively taking over the functions of the heating-up beam, the melting-off beam and / or the structuring beam and thus e.g. in a first time segment or process sub-step acts as a heating-up beam, acts as a melting-off jet in a second time interval or process sub-step and / or functions as structuring beam in a third time interval or process sub-step.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Bezug auf die Figuren veranschaulicht, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind; hierbei zeigen schematisch: The invention will now be illustrated by means of embodiments with reference to the figures, wherein the same or similar features are provided with the same reference numerals; Here are shown schematically:

1 eine Lötverbindung zwischen einem Leichtblech und einem Vollblech; 1 a solder joint between a lightweight sheet and a solid sheet;

2 das Erzeugen einer Lötverbindung mittels eines Energiestrahls mit einer entlang seines Strahlquerschnitts variierenden Intensität; 2 producing a solder joint by means of an energy beam having an intensity varying along its beam cross section;

3 ein Intensitätsverteilungsdiagramm zur Erläuterung von 2; 3 an intensity distribution diagram for explaining 2 ;

4 das Erzeugen einer Lötverbindung mit einem oszillierenden Energiestrahl. 4 generating a solder joint with an oscillating energy beam.

1 veranschaulicht die Geometrie einer Lötverbindung zwischen einem Leichtblech 1 und einem Vollblech 3 in einem Querschnitt. Das Leichtblech 1 weist zwei Deckbleche 5 und eine in einer Sandwichgeometrie zwischen denselben angeordnete Kernschicht in Form einer Kunststoffschicht 7 auf. Als Beispiel besteht jedes der Deckbleche 5 aus einem verzinkten Stahlblech, die Kernschicht 7 besteht aus einem Polymermaterial. Das Vollblech 3 ist ein verzinktes Stahlblech. Das Leichtblech 1 und das Vollblech 3 sind in Form eines Bördelstoßes angeordnet. 1 illustrates the geometry of a solder joint between a lightweight sheet 1 and a solid sheet 3 in a cross section. The lightweight sheet 1 has two cover plates 5 and a core layer in the form of a plastic layer arranged between them in a sandwich geometry 7 on. As an example, each of the cover plates 5 from a galvanized sheet steel, the core layer 7 consists of a polymer material. The solid sheet 3 is a galvanized sheet steel. The lightweight sheet 1 and the solid sheet 3 are arranged in the form of a crimp.

Mittels eines Lotmaterials 9 werden das Leichtblech 1 und das Vollblech 3 unter Ausbildung einer stoffschlüssigen Verbindung an einer Lötstelle 11 miteinander verbunden. Als Beispiel wird durch kontinuierlichen Vorschub der Lötstellenposition 11 entlang der x-Richtung des in den Figuren dargestellten xyz-Koordinatensystems eine entlang der x-Richtung verlaufende Lötnaht erzeugt. By means of a solder material 9 be the lightweight sheet 1 and the solid sheet 3 forming a cohesive connection at a solder joint 11 connected with each other. As an example, by continuous feed of the solder joint position 11 along the x-direction of the in the figures shown xyz coordinate system generates along the x-direction soldering seam.

Wie aus 1 ersichtlich, wird das Lotmaterial 9 in einem leichtblechseitigen Bereich 13 der Lötstelle 11 kontaktierend mit dem Leichtblech 1 und in einem vollblechseitigen Bereich 15 der Lötstelle 11 kontaktierend mit dem Vollblech 3 verbunden, sodass die Lötstelle 11 eine leichtblechseitige Position 13 und eine vollblechseitige Position 15 aufweist, wobei die leichtblechseitige Position 13 der Lötstelle 11 mittels des Lotmaterials 9 mit der vollblechseitigen Position 15 der Lötstelle 11 verbunden wird. Die leichtblechseitige Position 13 der Lötstelle 11 erstreckt sich (quer zur Längsrichtung der Lötnaht) von einer Quer-Koordinate y1 bis zu einer Quer-Koordinate y2, wohingegen sich die vollblechseitige Position 15 der Lötstelle 11 von der Quer-Koordinate y2 bis zu einer Quer-Koordinate y3 erstreckt (dies gilt analog für die übrigen Figuren). How out 1 seen, the solder material 9 in a sheet metal side area 13 the solder joint 11 contacting with the lightweight sheet 1 and in a full-plate side area 15 the solder joint 11 contacting with the solid sheet 3 connected so that the solder joint 11 a light sheet side position 13 and a full-sheet position 15 having the light sheet side position 13 the solder joint 11 by means of the solder material 9 with the sheet metal side position 15 the solder joint 11 is connected. The light sheet side position 13 the solder joint 11 extends (transverse to the longitudinal direction of the solder seam) from a transverse coordinate y 1 to a transverse coordinate y 2 , whereas the full-sheet-side position 15 the solder joint 11 extends from the transverse coordinate y 2 to a transverse coordinate y 3 (this applies analogously to the other figures).

2 veranschaulicht das Ausbilden einer Lötnaht unter Durchführung eines Verfahrens gemäß einer Ausführungsform, wobei an einer jeweiligen Lötstelle 11 ein Energieeintrag mittels eines Energiestrahls in Form eines Laserstrahls 17 erfolgt. Der Laserstrahl 17 weist eine entlang seines Strahlquerschnitts räumlich variierende Intensität auf, wobei der Laserstrahl 17 in 2 durch die denselben bezüglich der y-Richtung begrenzenden Randstrahlen veranschaulicht ist. Die Intensitätsverteilung des Laserstrahls 17 an der Lötstelle 11 (d.h. beim Auftreffen auf die Lötstelle) bezüglich der Querrichtung (y-Richtung) ist in 3 veranschaulicht. 2 FIG. 10 illustrates the formation of a braze seam using a method according to one embodiment, wherein at a respective braze joint. FIG 11 an energy input by means of an energy beam in the form of a laser beam 17 he follows. The laser beam 17 has an intensity varying spatially along its beam cross-section, wherein the laser beam 17 in 2 is illustrated by the same with respect to the y-direction limiting marginal rays. The intensity distribution of the laser beam 17 at the soldering point 11 (ie when hitting the solder joint) with respect to the transverse direction (y-direction) is in 3 illustrated.

Gemäß 3 ist die Intensitätsverteilung des Laserstrahls 17 nicht rotationssymmetrisch. Der Laserstrahl 17 weist zwei Teilstrahlen 17’, 17’’ auf, wobei der erste Teilstrahl 17’ ein Intensitätsmaximum I1 und der zweite Teilstrahl 17’’ ein Intensitätsmaximum I2 aufweist, wobei die beiden Intensitätsmaxima lokale Intensitätsmaxima des Laserstrahls 17 bilden und entlang der quer zur Längsrichtung der Lötnaht verlaufenden Querrichtung (d.h. entlang der y-Richtung) voneinander beabstandet sind. Das Intensitätsmaximum I1 und die Lichtleistung des ersten Teilstrahls 17’ sind kleiner als das Intensitätsmaximum I2 und die Lichtleistung des zweiten Teilstrahls 17’’. Ein solcher Laserstrahl 17 mit zwei lokalen Intensitätsmaxima kann z.B. mittels einer Bifokaloptik oder mittels optischen Zusammenführens zweier separater Laserstrahlen zu einem einzigen Gesamtstrahl erzeugt werden. According to 3 is the intensity distribution of the laser beam 17 not rotationally symmetric. The laser beam 17 has two partial beams 17 ' . 17 '' on, with the first partial beam 17 ' an intensity maximum I 1 and the second partial beam 17 '' an intensity maximum I 2 , wherein the two intensity maxima local intensity maxima of the laser beam 17 form and along the transversely to the longitudinal direction of the solder seam extending transverse direction (ie, along the y-direction) are spaced from each other. The intensity maximum I 1 and the light output of the first partial beam 17 ' are smaller than the intensity maximum I 2 and the light output of the second partial beam 17 '' , Such a laser beam 17 With two local intensity maxima, for example, by means of a bifocal optics or by means of optical merging of two separate laser beams, it is possible to produce a single overall beam.

Der Laserstrahl 17 wird derart geformt und auf die Lötstelle 11 gerichtet, dass der leistungsärmere erste Teilstrahl 17’ mit dem Intensitätsmaximum I1 auf der leichtblechseitigen Position 13 der Lötstelle 11 und der leistungsstärkere zweite Teilstrahl 17’’ mit dem Intensitätsmaximum I2 auf der vollblechseitigen Position 15 der Lötstelle 11 auftreffen. Somit ergibt sich auf der leichtblechseitigen Position 13 der Lötstelle 11 ein geringerer Energieeintrag als auf der vollblechseitigen Position 15 der Lötstelle 11. The laser beam 17 is shaped in this way and on the solder joint 11 directed that the lower-power first partial beam 17 ' with the maximum intensity I 1 on the sheet metal side position 13 the solder joint 11 and the more powerful second sub-beam 17 '' with the intensity maximum I 2 on the full-plate side position 15 the solder joint 11 incident. Thus results on the light sheet side position 13 the solder joint 11 a lower energy input than on the full plate side position 15 the solder joint 11 ,

Gemäß den 2 und 3 weist der Laserstrahl 17 eine entlang seines Strahlquerschnitts derart variierende Intensität auf, dass der Laserstrahl 17 zwei lokale Intensitätsmaxima aufweist. Alternativ kann vorgesehen sein, den Laserstrahl 17 ohne lokale Intensitätsmaxima auszubilden, sondern den Laserstrahl 17 stattdessen derart auszubilden und zu führen, dass er an der Lötstelle 11 eine in Richtung von der leichtblechseitigen Position 13 zu der vollblechseitigen Position 15 hin, d.h. von der Quer-Koordinate y1 zu der Quer-Koordinate y3 hin, monoton (z.B. streng monoton) zunehmende Intensität aufweist. According to the 2 and 3 points the laser beam 17 an intensity varying along its beam cross-section such that the laser beam 17 has two local intensity maxima. Alternatively it can be provided, the laser beam 17 without forming local intensity maxima, but the laser beam 17 instead, train and guide it at the solder joint 11 one in the direction of the sheet metal side position 13 to the full plate side position 15 towards, ie from the transverse coordinate y 1 to the transverse coordinate y 3 out monotonically (eg, strictly monotonous) increasing intensity.

Gemäß den 2 und 3 wird somit der an der Lötstelle 11 mittels des Laserstrahls 17 erfolgende Energieeintrag derart räumlich variiert, dass an der leichtblechseitigen Lötstellenposition 13 ein geringerer Energieeintrag erfolgt als an der vollblechseitigen Lötstellenposition 15, indem der Laserstrahl 17 eine entlang seines Strahlquerschnitts räumlich variierende Intensität aufweist. According to the 2 and 3 will thus be at the solder joint 11 by means of the laser beam 17 successive energy input varies spatially so that at the light sheet-side solder joint position 13 a lower energy input occurs than at the full plate side solder joint position 15 by the laser beam 17 has a spatially varying intensity along its beam cross section.

4 veranschaulicht das Ausbilden einer Lötverbindung unter Durchführung eines Verfahrens gemäß einer weiteren Ausführungsform, wobei ein oszillierender, fokussierter Energiestrahl in Form eines Laserstrahls 19 verwendet wird. Der Laserstrahl 19 wird mittels einer Ablenkeinrichtung 21 in Form eines angetrieben schwenkbaren Spiegels 21 derart entlang der y-Richtung zwischen der leichtblechseitigen Position 13 und der vollblechseitigen Position 15 der Lötstelle 11 oszillierend hin und her bewegt, dass die kumulierte Verweildauer der Auftreffposition des Laserstrahls 19 an der leichtblechseitigen Position 13 der Lötstelle 11 kleiner ist als an der vollblechseitigen Position 15 der Lötstelle 11. Der Fokus des Laserstrahls 19 oszilliert mittels Schwenkens des Spiegels 21 zwischen dem Leichtblech 1 (durchgezogener Laserstrahlverlauf 19) und dem Vollblech 3 (durchbrochener Laserstrahlverlauf 19), wobei der Laserstrahl 19 im Vergleich zu der mit Bezug auf die 2 und 3 erläuterten Ausführungsform wesentlich stärker fokussiert ist (d.h. eine kleinere Fokusgröße aufweist). 4 FIG. 10 illustrates the formation of a solder joint using a method according to another embodiment, wherein an oscillating, focused energy beam in the form of a laser beam. FIG 19 is used. The laser beam 19 is by means of a deflector 21 in the form of a driven pivoting mirror 21 so along the y-direction between the light sheet side position 13 and the full-plate-side position 15 the solder joint 11 oscillating back and forth that the accumulated residence time of the incidence position of the laser beam 19 at the sheet metal side position 13 the solder joint 11 smaller than at the full plate side position 15 the solder joint 11 , The focus of the laser beam 19 oscillates by pivoting the mirror 21 between the lightweight sheet 1 (solid laser beam path 19 ) and the solid sheet 3 (broken laser beam path 19 ), the laser beam 19 compared to with respect to the 2 and 3 explained embodiment is much more focused (ie, has a smaller focus size).

Während der Oszillation kann die Lichtleistung des Laserstrahls 19 zeitlich konstant belassen werden. Alternativ kann vorgesehen sein, die Leistung des Laserstrahls 19 synchron zu dessen Oszillationsbewegung derart zeitlich zu variieren, dass der Laserstrahl 19 eine geringere Leistung aufweist, wenn die Auftreffposition (bzw. der Fokus) des Laserstrahls 19 an der leichtblechseitigen Position 13 der Lötstelle 11 positioniert ist, und der Laserstrahl 19 eine demgegenüber höhere Leistung aufweist, wenn die Auftreffposition (bzw. der Fokus) des Laserstrahls 19 an der vollblechseitigen Position 15 der Lötstelle 11 positioniert ist. During the oscillation, the light output of the laser beam can 19 be kept constant over time. Alternatively it can be provided, the power of the laser beam 19 to vary in time so that the laser beam 19 has a lower power when the impact position (or focus) of the laser beam 19 at the sheet metal side position 13 the solder joint 11 is positioned, and the laser beam 19 has a higher power when the impact position (or focus) of the laser beam 19 at the full plate side position 15 the solder joint 11 is positioned.

Indem der Laserstrahl 19 bei Auftreffen an der leichtblechseitigen Lötstellenposition 13 eine geringere Verweildauer (und optional eine geringere Leistung) aufweist als bei Auftreffen an der vollblechseitigen Lötstellenposition 15, wird der mittels des Laserstrahls 19 erfolgende Energieeintrag derart räumlich variiert, dass an der leichtblechseitigen Lötstellenposition 13 ein geringerer Energieeintrag erfolgt als an der vollblechseitigen Lötstellenposition 15. By the laser beam 19 when hitting the light sheet-side solder joint position 13 a shorter residence time (and optionally a lower performance) than when hitting the full-plate side solder joint position 15 , is the means of the laser beam 19 successive energy input varies spatially so that at the light sheet-side solder joint position 13 a lower energy input occurs than at the full plate side solder joint position 15 ,

Gemäß den mit Bezug auf die 2 und 3 bzw. 4 beschriebenen Ausführungsformen wird der mittels des Laserstrahls 17 bzw. 19 erfolgende Energieeintrag somit derart räumlich variiert, dass an der leichtblechseitigen Lötstellenposition 13 bzw. dem leichtblechseitigen Lötstellenbereich 13 ein geringerer Energieeintrag erfolgt als an der vollblechseitigen Lötstellenposition 15 bzw. dem vollblechseitigen Lötstellenbereich 15. According to with respect to the 2 and 3 respectively. 4 described embodiments, the means of the laser beam 17 respectively. 19 thus occurring energy input varies spatially so that at the light sheet side solder joint position 13 or the light-metal-side solder joint area 13 a lower energy input occurs than at the full plate side solder joint position 15 or the full-plate side solder joint area 15 ,

Dabei wird der Energieeintrag zudem derart eingestellt, dass die durch den Energieeintrag in dem leichtblechseitigen Bereich 13 der Lötstelle 11 resultierende Temperatur geringer ist als die durch den Energieeintrag in dem vollblechseitigen Bereich 15 der Lötstelle 11 resultierende Temperatur. Zudem wird als Beispiel der Energieeintrag derart eingestellt, dass die in dem leichtblechseitigen Lötstellenbereich 13 resultierende Temperatur geringer ist als die Schmelztemperatur des Lotmaterials 9 und die in dem vollblechseitigen Lötstellenbereich 15 resultierende Temperatur größer ist als die Schmelztemperatur des Lotmaterials 9; wobei zusätzlich insbesondere vorgesehen sein kann, den Energieeintrag derart einzustellen, dass die in dem leichtblechseitigen Bereich 13 resultierende Temperatur kleiner ist als die Schmelztemperatur des Materials der Kernschicht 7. In this case, the energy input is also set such that the energy input in the sheet metal side area 13 the solder joint 11 resulting temperature is lower than that by the energy input in the full-plate side area 15 the solder joint 11 resulting temperature. In addition, as an example, the energy input is set such that the in the light sheet-side solder joint area 13 resulting temperature is lower than the melting temperature of the solder material 9 and in the full-plate side solder joint area 15 resulting temperature is greater than the melting temperature of the solder material 9 ; wherein in addition, in particular, it may be provided to adjust the energy input such that the in the sheet metal side area 13 resulting temperature is less than the melting temperature of the material of the core layer 7 ,

Bei Durchführung dieser Lötverfahren werden in einem ersten Schritt das Leichtblech 1 und/oder das Vollblech 3 mittels des Laserstrahls 17 bzw. 19 im Bereich der Lötstelle 11 mit einer Oberflächenstrukturierung versehen, indem das Leichtblech 1 und das Vollblech 3 mittels des Laserstrahls 17 bzw. 19 über den Bereich der Lötstelle 11 hinweg an mehreren Stellen unter Ausbildung von Schmelzkratern lokal aufgeschmolzen werden, sodass von den Schmelzkratern eine Oberflächenstrukturierung gebildet wird. When performing this soldering process in a first step, the lightweight sheet 1 and / or the solid sheet 3 by means of the laser beam 17 respectively. 19 in the area of the solder joint 11 provided with a surface structuring by the lightweight sheet 1 and the solid sheet 3 by means of the laser beam 17 respectively. 19 over the area of the solder joint 11 are locally melted at several points to form melt craters, so that a surface structuring is formed by the Schmelzkratern.

In einem zweiten Schritt wird die derart oberflächenstrukturierte Lötstelle 11 mittels des oben beschriebenen Energieeintrags temperiert, wobei mittels der vorstehend erläuterten Energieeintrags-Verfahren an der leichtblechseitigen Lötstellenposition 13 ein geringerer Energieeintrag erfolgt als an der vollblechseitigen Lötstellenposition 15. In a second step, the thus surface-structured solder joint 11 tempered by means of the energy input described above, wherein by means of the above-described energy input method at the light-plate side solder joint position 13 a lower energy input occurs than at the full plate side solder joint position 15 ,

In einem dritten Schritt wird das Lotmaterial 9 unter Ausbildung einer Lötverbindung in geschmolzenem Zustand auf die derart temperierte Lötstelle 11 aufgebracht, z.B. indem mittels des Laserstrahls 17 bzw. 19 jeweils eine vorgegebene Lotmaterial-Menge von einem mittels einer Widerstandserwärmung vorgeheizten, festen Lotmaterial-Draht abgeschmolzen und auf die vorgeheizte Lötstelle 11 aufgebracht wird. In den 1, 2 und 4 ist die Lötstelle 11 mit dem aufgebrachten Lotmaterial 9 dargestellt. In a third step, the solder material 9 under formation of a solder joint in a molten state to the soldering point tempered in this way 11 applied, for example by means of the laser beam 17 respectively. 19 in each case a predetermined amount of solder material is melted from a preheated by means of a resistance heating, solid solder wire and the preheated solder joint 11 is applied. In the 1 . 2 and 4 is the soldering point 11 with the applied solder material 9 shown.

In einem vierten Schritt wird die derart erzeugte Lötverbindung mittels des Laserstrahls 17 bzw. 19 nachbehandelt, indem der Laserstrahl im Bereich der noch schmelzflüssigen Phase des Lotmaterials vor der Erstarrungsfront über die Lötverbindung geführt wird und die Lötverbindung somit in diesem Bereich einem nochmaligen Energieeintrag ausgesetzt wird.In a fourth step, the solder joint thus produced by means of the laser beam 17 respectively. 19 after treatment by the laser beam is passed in the region of the still molten phase of the solder material in front of the solidification front over the solder joint and the solder joint is thus exposed to a repeated energy input in this area.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1 1
Leichtblech lightweight sheet
3 3
Vollblech solid sheet
5 5
Deckblech cover sheet
7 7
Zwischenschicht / Kunststoffschicht Intermediate layer / plastic layer
9 9
Lotmaterial solder
11 11
Lötstelle soldered point
13 13
leichtblechseitige Position der Lötstelle Light sheet side position of the solder joint
15 15
vollblechseitige Position der Lötstelle full-plate-side position of the solder joint
17 17
Energiestrahl / Laserstrahl mit zwei lokalen Intensitätsmaxima Energy beam / laser beam with two local intensity maxima
17’ 17 '
erster Teilstrahl first partial beam
17’’ 17 ''
zweiter Teilstrahl second partial beam
19 19
oszillierender Energiestrahl / Laserstrahl oscillating energy beam / laser beam
21 21
Ablenkeinrichtung / schwenkbarer Spiegel Deflection device / swiveling mirror
I I
Intensität des Laserstrahls Intensity of the laser beam
I1 I 1
Intensitätsmaximum eines ersten Teilstrahls des Laserstrahls Intensity maximum of a first partial beam of the laser beam
I2 I 2
Intensitätsmaximum eines zweiten Teilstrahls des Laserstrahls Intensity maximum of a second partial beam of the laser beam

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

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Claims (11)

Verfahren zum Verlöten eines Leichtbleches (1), das zwei Deckbleche (5) mit einer zwischen denselben angeordneten Kunststoffschicht (7) aufweist, mit einem Vollblech (3), wobei mittels eines Energiestrahls (17, 19) ein Energieeintrag an einer Lötstelle (11) durchgeführt wird und eine leichtblechseitige Position (13) der Lötstelle mittels eines Lotmaterials (9) stoffschlüssig mit einer vollblechseitigen Position (15) der Lötstelle verbunden wird, und wobei der Energieeintrag derart räumlich variiert wird, dass an der leichtblechseitigen Position (13) der Lötstelle ein geringerer Energieeintrag erfolgt als an der vollblechseitigen Position (15) der Lötstelle. Method for soldering a lightweight sheet ( 1 ), the two cover sheets ( 5 ) with a plastic layer ( 7 ), with a solid sheet ( 3 ), whereby by means of an energy beam ( 17 . 19 ) an energy input at a solder joint ( 11 ) and a light-sheet side position ( 13 ) of the solder joint by means of a solder material ( 9 ) cohesively with a sheet-metal-side position ( 15 ) of the solder joint is connected, and wherein the energy input is spatially varied in such a way that at the sheet metal side position ( 13 ) the soldering point is a lower energy input than at the full plate side position ( 15 ) of the solder joint. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mittels des Energiestrahls (19) erfolgende Energieeintrag räumlich variiert wird, indem der Energiestrahl derart zwischen der leichtblechseitigen Position (13) der Lötstelle (11) und der vollblechseitigen Position (15) der Lötstelle (11) oszillierend hin und her bewegt wird, dass die kumulierte Verweildauer des Energiestrahls (19) an der leichtblechseitigen Position (13) der Lötstelle geringer ist als die kumulierte Verweildauer des Energiestrahls (19) an der vollblechseitigen Position (15) der Lötstelle. A method according to claim 1, wherein the means of the energy beam ( 19 ) energy input is spatially varied by the energy beam in such a way between the light sheet side position ( 13 ) of the solder joint ( 11 ) and the sheet-metal-side position ( 15 ) of the solder joint ( 11 ) oscillating back and forth, that the cumulative residence time of the energy beam ( 19 ) at the sheet metal side position ( 13 ) of the solder joint is less than the cumulative residence time of the energy beam ( 19 ) at the full-plate-side position ( 15 ) of the solder joint. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der mittels des Energiestrahls (19) erfolgende Energieeintrag räumlich variiert wird, indem der Energiestrahl zwischen der leichtblechseitigen (13) und der vollblechseitigen (15) Position der Lötstelle (11) oszillierend hin und her bewegt wird und mit einer zu der Oszillationsbewegung synchronen Leistungsmodulation ausgebildet wird, wobei die Leistung des Energiestrahls (19) derart zeitlich variiert wird, dass der Energiestrahl bei Positionierung an der leichtblechseitigen Position (13) der Lötstelle eine kleinere Leistung aufweist als bei Positionierung an der vollblechseitigen Position (15) der Lötstelle. Method according to claim 1 or 2, wherein the means of the energy beam ( 19 ) energy input is spatially varied by the energy beam between the light sheet side ( 13 ) and the full-plate side ( 15 ) Position of the solder joint ( 11 ) is oscillated back and forth and is formed with a synchronous to the oscillatory motion power modulation, wherein the power of the energy beam ( 19 ) is varied in time so that the energy beam when positioned at the sheet metal side position ( 13 ) the soldering point has a smaller power than when positioning at the full-plate-side position ( 15 ) of the solder joint. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der mittels des Energiestrahls (17) erfolgende Energieeintrag räumlich variiert wird, indem der Energiestrahl ein Energiestrahl (17) mit einer entlang seines Strahlquerschnitts räumlich variierenden Intensität ist, wobei der Energiestrahl einen auf die leichtblechseitige Position (13) der Lötstelle (11) gerichteten ersten Teilstrahl (17’) und einen auf die vollblechseitige Position (15) der Lötstelle (11) gerichteten zweiten Teilstrahl (17’’) aufweist, und wobei der erste Teilstrahl eine geringere Leistung aufweist als der zweite Teilstrahl. A method according to claim 1, wherein the means of the energy beam ( 17 ) energy input is spatially varied by the energy beam an energy beam ( 17 ) with a spatially varying intensity along its beam cross-section, wherein the energy beam is directed to the light-sheet-side position ( 13 ) of the solder joint ( 11 ) directed first partial beam ( 17 ' ) and one on the full-plate side position ( 15 ) of the solder joint ( 11 ) second partial beam ( 17 '' ), and wherein the first partial beam has a lower power than the second partial beam. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der Energiestrahl (17) derart ausgebildet wird, dass sein Querschnitt eine nicht rotationssymmetrische räumliche Intensitätsverteilung aufweist. Method according to claim 4, wherein the energy beam ( 17 ) is formed such that its cross section has a non-rotationally symmetric spatial intensity distribution. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, wobei der Energiestrahl (17) derart ausgebildet wird, dass der erste Teilstrahl (17’) ein erstes Intensitätsmaximum (I1) und der zweite Teilstrahl (17’’) ein zweites Intensitätsmaximum (I2) aufweist, wobei das erste und das zweite Intensitätsmaximum voneinander beabstandete lokale Intensitätsmaxima des Energiestrahls (17) bilden, und wobei das erste Intensitätsmaximum kleiner ist als das zweite Intensitätsmaximum. Method according to claim 4 or 5, wherein the energy beam ( 17 ) is formed such that the first partial beam ( 17 ' ) a first intensity maximum (I 1 ) and the second partial beam ( 17 '' ) has a second intensity maximum (I 2 ), wherein the first and the second intensity maximum spaced from each other local intensity maxima of the energy beam ( 17 ), and wherein the first intensity maximum is less than the second intensity maximum. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Energieeintrag derart räumlich variiert wird, dass die durch den Energieeintrag an der leichtblechseitigen Position (13) der Lötstelle (11) resultierende Temperatur kleiner ist als die durch den Energieeintrag an der vollblechseitigen Position (15) der Lötstelle (11) resultierende Temperatur. Method according to one of claims 1 to 6, wherein the energy input is spatially varied such that by the energy input at the sheet metal side position ( 13 ) of the solder joint ( 11 ) resulting temperature is less than that due to the energy input at the full plate side position ( 15 ) of the solder joint ( 11 ) resulting temperature. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Energieeintrag derart räumlich variiert wird, dass die durch den Energieeintrag an der leichtblechseitigen Position (13) der Lötstelle (11) resultierende Temperatur kleiner ist als die Schmelztemperatur des Lotmaterials (9) und die durch den Energieeintrag an der vollblechseitigen Position (15) der Lötstelle (11) resultierende Temperatur mindestens so groß ist wie die Schmelztemperatur des Lotmaterials (9). Method according to one of claims 1 to 7, wherein the energy input is spatially varied in such a way that by the energy input at the sheet metal side position ( 13 ) of the solder joint ( 11 ) resulting temperature is smaller than the melting temperature of the solder material ( 9 ) and by the energy input at the full plate side position ( 15 ) of the solder joint ( 11 ) is at least as high as the melting temperature of the solder material ( 9 ). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei die Lötstelle (11) vor Aufbringen des Lotmaterials (9) mittels des Energieeintrags mit dem Energiestrahl (17, 19) vortemperiert wird und danach das Lotmaterial (9) auf die vortemperierte Lötstelle (11) aufgebracht wird. Method according to one of claims 1 to 8, wherein the solder joint ( 11 ) before applying the soldering material ( 9 ) by means of the energy input with the energy beam ( 17 . 19 ) and then the soldering material ( 9 ) to the pre-tempered solder joint ( 11 ) is applied. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei vor dem Aufbringen des Lotmaterials (9) das Leichtblech (1) und/oder das Vollblech (3) an der Lötstelle (11) mittels lokalen Aufschmelzens mit einer Oberflächenstrukturierung versehen wird. Method according to one of claims 1 to 9, wherein prior to the application of the solder material ( 9 ) the lightweight sheet ( 1 ) and / or the solid sheet ( 3 ) at the soldering point ( 11 ) is provided by local melting with a surface structuring. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das Lotmaterial (9) in schmelzflüssiger Form, insbesondere tropfenförmig, auf das Leichtblech (1) und/oder das Vollblech (3) an der Lötstelle (11) aufgetragen wird. Method according to one of claims 1 to 10, wherein the solder material ( 9 ) in molten form, in particular drop-shaped, on the lightweight sheet ( 1 ) and / or the solid sheet ( 3 ) at the soldering point ( 11 ) is applied.
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